CN112665671A - 一种热式流量计及流量测量方法 - Google Patents

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宋海平
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Abstract

本发明公开了一种热式流量计及流量测量方法，包括套设于待测管道外部且与待测管道外壁紧密贴合的加热套管、电流检测装置，所述加热套管包括设于所述加热套管内部的PTC加热器和温度传感器，所述PTC加热器与电流检测装置连接。热式流量计设于待测管道外侧，对于已有管道安装方便，并且可在不改动原有管道结构，不中断管道介质传输的情况下实现对已有管道的流量测量；流量测量时不与流体接触，实现对流体流量的非接触式测量，最大程度的降低了对待测管道内流体流动状态的影响，保证了测量结果的准确性；可以同时测量气体、液体、固液气三相混合体的流量；在管道满管或不满管时都可以准确测出管道内流体的流量。

Description

一种热式流量计及流量测量方法
技术领域
本发明涉及流量计技术领域，具体地说是一种热式流量计及流量测量方法。
背景技术
流量计是一种专业的自动化测量仪表，其主要的作用是对流体进行流量测量，测量介质包括液体、气体、蒸汽、混合浆液、固体粉尘等。现有流量计存在以下缺点：
1、测量流量时需要与被测量介质进行接触，会对流体产生一定影响；
2、需要安装在管道通路里，安装复杂，安装成本高；
3、同一种流量计只能测量一种状态的介质，如气体流量计只能测量气体，液体流量计只能测量液体，不能同时测量气体、液体、或固液气混合体等；
4、当流体介质不均匀或者流体介质无法填充满管道时，无法得到准确的测量结果。
发明内容
为了解决上述问题，本发明旨在提供一种热式流量计及流量测量方法，实现对流体流量的非接触式测量，安装方便，不改变原有管道的结构；可以同时测量气体、液体、固液气三相混合体；在管道满管或不满管时都可以准确测出管道内流体的流量。
本发明采用的技术方案是：
一种热式流量计，包括套设于待测管道外部且与待测管道外壁紧密贴合的加热套管、电流检测装置，所述加热套管包括设于所述加热套管内部的PTC加热器和温度传感器，所述PTC加热器与电流检测装置连接。
优选地，所述热式流量计还包括与电流检测装置连接的数据处理装置，所述温度传感器与数据处理装置连接。数据处理装置接收电流检测装置和温度传感器传输来的数据进行计算处理，输出得到的流体流速和流量。
优选地，所述PTC加热器周向均匀分布于所述加热套管一端内部，所述温度传感器设于所述加热套管另一端内部。使用时，相对于PTC加热器，温度传感器位于流体流向的上游位置，用于测量流体流经PTC加热器之前的温度；流体流经PTC加热器带走一部分热量，流体的流动速度与带走的热量成一定函数关系，根据PTC加热器的特性，带走的热量越多，单位时间内流经加热器的电流越大；通过测量PTC加热器电流的大小，根据建立的公式就可以计算出待测管道内流体的流速；PTC加热器周向均匀分布，对待测管道进行周向均匀加热，测量得到的PTC加热器电流体现的是待测管道内整体流动环境所带来的结果。
优选地，所述加热套管内部PTC加热器和温度传感器远离待测管道一侧周向设有隔热介质层。隔热介质层将PTC加热器和温度传感器包在内部，将PTC加热器和温度传感器与外界环境隔离，减小环境温度对测量结果的影响。
优选地，所述加热套管为两个半圆筒形的罩壳连接而成。两个罩壳一端铰接，另一端通过卡扣连接，将加热套管紧密卡合在待测管道壁上，利于对待测管道内的流体进行加热。
优选地，所述待测管道外壁与加热套管之间涂有导热硅脂层，促进加热套管与待测管道壁的导热。
优选地，所述PTC加热器还可设于所述加热套管与待测管道之间，所述加热套管将PTC加热器夹紧于待测管道壁上。PTC加热器为PTC加热丝，将其均匀缠绕于待测管道上，通过加热套管将其夹紧。
优选地，所述温度传感器还可设于所述加热套管与待测管道之间，所述加热套管将温度传感器夹紧于待测管道壁上。
使用根据上述任一项所述的一种热式流量计的流量测量方法，包括以下步骤：
S1、流体系数标定：
a.流体温度为T1℃时，使其以V1m/s的流速在待测管道内流动，PTC加热器开始加热，通过电流检测装置测定PTC加热器的电流，电流恒定后记录此时的电流I1，单位为A；
b.所述流体温度为T1℃时，使其以V2m/s的流速在待测管道内流动，PTC加热器开始加热，通过电流检测装置测定PTC加热器的电流，电流恒定后记录此时的电流I2，单位为A；
c.所述流体温度为T2℃时，使其以V2m/s的流速在待测管道内流动，PTC加热器开始加热，通过电流检测装置测定PTC加热器的电流，电流恒定后记录此时的电流I3，单位为A；
d.根据公式
KI＝(V2-V1)/(I2-I1) (1)；
KT＝(I3-I2)/(T2-T1) (2)
计算得到标定的所述流体的电流系数KI和温度系数KT，式中KI、KT只取数值，计算过程中只取各参数的数值进行计算；
S2、流体流量测定
e.所述流体在待测管道内流动，通过温度传感器测得流体的温度T，单位为℃；
f.PTC加热器开始加热，通过电流检测装置测定PTC加热器的电流，电流恒定后记录此时的电流I，单位为A；
g.在数据处理装置预先设置公式
V＝I*(KI+T*KT) (3)；
L＝S*I*(KI+T*KT) (4)；
其中，V为流体流速，单位为m/s；L为流体流量，单位为m3；S为待测管道横截面积，单位为m2；且预先输入S、KI、KT的值；
h.温度传感器和电流检测装置分别将测得的温度T和电流I的数值传输到数据处理装置，数据处理装置根据公式(3)(4)，计算并输出流体的流速V和流体流量L，计算过程中，只取各参数的数值进行计算。
与现有技术相比，本发明所提供的一种热式流量计及流量测量方法，
1、热式流量计设于待测管道外侧，对于已有管道安装方便，并且可在不改动原有管道结构，不中断管道介质传输的情况下实现对已有管道的流量测量；
2、流量测量时不与流体接触，实现对流体流量的非接触式测量，最大程度的降低了对待测管道内流体流动状态的影响，保证了测量结果的准确性；
3、可以同时测量气体、液体、固液气三相混合体的流量；
4、在使用本发明所提供的热式流量计时，本发明所提供的一种流量测量方法所体现的是待测管道内整体的流动环境，因此在流体介质不均匀、待测管道满管或不满管时均可以利用本发明所提供的流量测量方法进行流量的测量，并且都可以准确测出管道内流体的流量，克服了现有技术中在流体介质不均匀或者流体介质无法填充满管道时，无法得到准确的测量结果的缺点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的剖面结构示意图；
图3为本发明另一种结构的结构示意图。
附图标记：1、待测管道；2、加热套管；21、罩壳；3、电流检测装置；4、PTC加热器；5、温度传感器；6、数据处理装置；7、隔热介质层；8、导热硅脂层。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
一种热式流量计，如图1所示，包括套设于待测管道1外部且与待测管道1外壁紧密贴合的加热套管2、电流检测装置3，所述加热套管2包括设于所述加热套管2内部的PTC加热器4和温度传感器5，所述PTC加热器4与电流检测装置3连接；还包括与电流检测装置3连接的数据处理装置6，所述温度传感器5与数据处理装置6连接。
如图2所示，所述PTC加热器4周向均匀分布于所述加热套管2一端内部，所述温度传感器5设于所述加热套管2另一端内部；所述加热套管2内部PTC加热器4和温度传感器5远离待测管道1一侧周向设有隔热介质层7；所述待测管道1外壁与加热套管2之间涂有导热硅脂层8。
所述加热套管2为两个半圆筒形的罩壳21连接而成，在本发明的一些具体实施例中，如图1所示，两个罩壳21一端铰接，另一端通过卡扣连接；在本发明的一些具体实施例中，如图3所示，两个罩壳21两端分别通过螺栓连接。
在本发明的一些具体实施例中，如图3所示，所述PTC加热器4还可设于所述加热套管2与待测管道1之间，所述加热套管2将PTC加热器4夹紧于待测管道1壁上。
在本发明的一些具体实施例中，如图3所示，所述温度传感器5还可设于所述加热套管2与待测管道1之间，所述加热套管2将温度传感器5夹紧于待测管道1壁上。
本发明还提供了使用根据上述任一项所述的一种热式流量计的流量测量方法，以某一固定比例的泥浆(泥水混合物)为例，具体包括以下步骤：
S1、泥浆的系数标定：
a.泥浆温度为T1℃时，使其以V1m/s的流速在待测管道1内流动，PTC加热器4开始加热，通过电流检测装置3测定PTC加热器4的电流，电流恒定后记录此时的电流I1，单位为A；
b.所述泥浆温度为T1℃时，使其以V2m/s的流速在待测管道1内流动，PTC加热器4开始加热，通过电流检测装置3测定PTC加热器4的电流，电流恒定后记录此时的电流I2，单位为A；
c.所述泥浆温度为T2℃时，使其以V2m/s的流速在待测管道1内流动，PTC加热器4开始加热，通过电流检测装置3测定PTC加热器4的电流，电流恒定后记录此时的电流I3，单位为A；
d.根据公式
KI＝(V2-V1)/(I2-I1) (1)；
KT＝(I3-I2)/(T2-T1) (2)
计算得到标定的所述泥浆的电流系数KI和温度系数KT，式中KI、KT只取数值，计算过程中只取各参数的数值进行计算；
S2、泥浆流量测定
e.所述泥浆在待测管道1内流动，通过温度传感器5测得流体的温度T，单位为℃；
f.PTC加热器4开始加热，通过电流检测装置3测定PTC加热器4的电流，电流恒定后记录此时的电流I，单位为A；
g.在数据处理装置6预先设置公式
V＝I*(KI+T*KT) (3)；
L＝S*I*(KI+T*KT) (4)；
其中，V为泥浆流速，单位为m/s；L为泥浆流量，单位为m3；S为待测管道1横截面积，单位为m2；且预先输入S、KI、KT的值；
h.温度传感器5和电流检测装置3分别将测得的温度T和电流I的数值传输到数据处理装置6，数据处理装置6根据公式(3)(4)，计算并输出流体的流速V和流体流量L，计算过程中，只取各参数的数值进行计算。
以上对本发明所提供的一种热式流量计及流量测量方法进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法和中心思想，所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种热式流量计，其特征在于，包括套设于待测管道外部且与待测管道外壁紧密贴合的加热套管、电流检测装置，所述加热套管包括设于所述加热套管内部的PTC加热器和温度传感器，所述PTC加热器与电流检测装置连接。
2.根据权利要求1所述的一种热式流量计，其特征在于，所述热式流量计还包括与电流检测装置连接的数据处理装置，所述温度传感器与数据处理装置连接。
3.根据权利要求1所述的一种热式流量计，其特征在于，所述PTC加热器周向均匀分布于所述加热套管一端内部，所述温度传感器设于所述加热套管另一端内部。
4.根据权利要求1所述的一种热式流量计，其特征在于，所述加热套管内部PTC加热器和温度传感器远离待测管道一侧周向设有隔热介质层。
5.根据权利要求1所述的一种热式流量计，其特征在于，所述加热套管为两个半圆筒形的罩壳连接而成。
6.根据权利要求1所述的一种热式流量计，其特征在于，所述待测管道外壁与加热套管之间涂有导热硅脂层。
7.根据权利要求1所述的一种热式流量计，其特征在于，所述PTC加热器还可设于所述加热套管与待测管道之间，所述加热套管将PTC加热器夹紧于待测管道壁上。
8.根据权利要求1所述的一种热式流量计，其特征在于，所述温度传感器还可设于所述加热套管与待测管道之间，所述加热套管将温度传感器夹紧于待测管道壁上。
9.使用根据权利要求1-8任一项所述的一种热式流量计的流量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、流体系数标定：
a.流体温度为T1℃时，使其以V1 m/s的流速在待测管道内流动，PTC加热器开始加热，通过电流检测装置测定PTC加热器的电流，电流恒定后记录此时的电流I1，单位为A；
b.所述流体温度为T1℃时，使其以V2 m/s的流速在待测管道内流动，PTC加热器开始加热，通过电流检测装置测定PTC加热器的电流，电流恒定后记录此时的电流I2，单位为A；
c.所述流体温度为T2℃时，使其以V2 m/s的流速在待测管道内流动，PTC加热器开始加热，通过电流检测装置测定PTC加热器的电流，电流恒定后记录此时的电流I3，单位为A；
d.根据公式
KI＝(V2-V1)/(I2-I1) (1)；
KT＝(I3-I2)/(T2-T1) (2)
计算得到标定的所述流体的电流系数KI和温度系数KT；
S2、流体流量测定
e.所述流体在待测管道内流动，通过温度传感器测得流体的温度T，单位为℃；
f.PTC加热器开始加热，通过电流检测装置测定PTC加热器的电流，电流恒定后记录此时的电流I，单位为A；
g.在数据处理装置预先设置公式
V＝I*(KI+T*KT) (3)；
L＝S* I*(KI+T*KT) (4)；
其中，V为流体流速，单位为m/s；L为流体流量，单位为m3；S为待测管道横截面积，单位为m2；且预先输入S、KI、KT的值；
h.温度传感器和电流检测装置分别将测得的温度T和电流I的数值传输到数据处理装置，数据处理装置根据公式(3)(4)，计算并输出流体的流速V和流体流量L。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113340365A (zh) * 2021-05-25 2021-09-03 南京禹通自动化科技有限公司 一种热式流量计及流量测量方法
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